本實用新型涉及一種教學儀器，特別涉及一種多功能磁懸浮電梯控制示教儀，該示教儀可用于磁懸浮電梯運行控制原理演示，提供學生進行控制算法調試的實物仿真平臺。

背景技術：

磁懸浮電梯基于電磁感應原理，由于免除了鋼絲繩等磨損部件，受到廣泛關注。電梯屬于特種設備，難以搬進教學課堂。現場調試機會缺乏使得學生在掌握磁懸浮電梯控制原理時，僅能通過課本或軟件仿真進行，老師講解困難，學生缺乏實踐動手機會。目前，關于磁懸浮電梯控制設備的報道較少，市場上也沒有相關磁懸浮電梯控制示教產品銷售。基于上述現狀，有必要研發一套實物仿真設備，能夠用于磁懸浮電梯控制原理講解與演示，提供學生控制算法設計與調試的實物仿真平臺，由此引出了本實用新型技術方案。

技術實現要素：

針對現有技術中的不足，本實用新型的目的是提供一種多功能磁懸浮電梯控制示教儀，該示教儀可以向學生演示磁懸浮電梯控制原理，提供學生進行控制算法設計與調試的實物仿真平臺。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是提供一種多功能磁懸浮電梯控制示教儀，主要包括內容如下：

(1)該示教儀包括單相異步直線電機、電梯導軌、仿真轎廂、梯井支架以及傳感器檢測與控制單元等主要部件，電梯導軌被法蘭座固定在梯井支架。

(2)加速度(速度)檢測模塊可以檢測仿真轎廂的運行加速度和速度；基于霍爾元件的位置檢測模塊可以檢測轎廂的運行位置；質量檢測模塊可以獲得仿真轎廂的載重。

(3)轎廂載重信息、位置信息通過(信號)導線發送到控制處理模塊，加速度(速度)信息通過無線通信模塊發送到控制處理模塊。

(4)控制單元的控制算法，能夠結合傳感器檢測信息對直線電機進行控制，模擬電梯完成加減速、勻速、懸停運行，實現模擬磁懸浮電梯運行控制演示。

(5)控制處理模塊支持程序上傳調試，為學生提供算法調試平臺，控制處理模塊具有數據存儲功能，可以存儲仿真轎廂的運行數據。控制處理模塊具有控制算法評估功能可根據運行數據，對不同控制算法進行性能比較。

本實用新型的效果是：能夠實現仿真轎廂沿導軌在模擬電梯井道內進行勻速運行，模擬電梯加減速、勻速運行并在不同樓層停靠，完成懸停。對單相異步直線電機的反饋控制、磁懸浮電梯的運行控制機理進行演示。質量檢測模塊、霍爾元件、加速度(速度)傳感器的檢測分別能夠提供控制處理模塊轎廂的載重信息、運行位置信息和速度、加速度信息。多類傳感器的使用有助于教學活動對傳感器的講解演示。控制處理模塊能夠對仿真電梯運行過程信息(速度、加速度)和轎廂載重信息進行記錄存儲，并設計有控制算法評估部對控制算法性能進行評估，控制程序可上傳，方便學生基于該仿真實物平臺設計、調試控制算法。本實用新型可用于傳感器教學、磁懸浮電梯控制演示、電機控制演示、電機控制算法設計與調試等教學活動中，有效提升教學效果。

附圖說明

圖1是本實用新型的示教儀系統立體結構圖。

圖2是本實用新型的示教儀控制處理模塊功能框圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖1、和附圖2對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實施方案的示教儀系統立體結構圖。

圖2是本實施方案的示教儀控制處理模塊功能框圖。

如圖1所示，示教儀結構系由電梯導軌1、無線通信模塊2、加速度(速度)傳感器3、磁鐵塊4、霍爾元件5、質量檢測模塊6、法蘭座7、梯井支架8、仿真轎廂9、單相異步直線電機10、電機控制線11、電機驅動模塊12、控制處理模塊13、顯示模塊14、導線15、220V電源16、數據線17、按鍵18組成。

電梯導軌1、法蘭座7、梯井支架8、仿真轎廂9、單相異步直線電機10構成示教儀基本物理結構，法蘭座7用于將電梯導軌1固定于梯井支架8上。示教儀在運行過程中，220V電源16對電機驅動模塊12進行供電。按鍵18發送控制指令經數據線17至控制處理模塊13，產生控制信號再通過數據線17發送給電機驅動模塊12，電機驅動模塊通過電機控制線11驅動單相異步直線電機10，控制仿真轎廂9加減速、勻速與懸停運行。

加速度(速度)傳感器3、磁鐵塊4、霍爾元件5、質量檢測模塊6用于示教儀系統運行數據采集，霍爾元件5通過感應磁鐵塊4測量轎廂位移量，質量檢測模塊6用于測量轎廂總重量(載重)，加速度(速度)傳感器3用于測量轎廂運行過程中的加速度(速度)，無線通信模塊2將加速度(速度)數據發送給控制處理模塊13，而轎廂位移量、載重均通過導線15傳輸到控制處理模塊13。

如圖2所示，控制處理模塊完成了本示教儀的核心功能。從邏輯功能角度劃分，其由控制處理單元19、數據存儲部20、控制算法設計部21和算法評估部22組成。控制處理單元19將采集到的加速度(速度)信息、位置、質量等運行信息存儲在數據存儲部20，存儲方式可以是SD卡、硬盤存儲、云端存儲。控制算法設計部21可以上傳至控制處理單元19，并根據數據存儲部20中的歷史運行數據設計控制算法，即控制處理單元19結合加速度(速度)、位置信息以及仿真轎廂載重信息，可支持設計、調試不同的控制算法。算法評估部22同樣作為控制處理模塊13的重要組件，可以根據數據存儲部20中仿真轎廂的運行數據(不同控制算法)，比較控制算法的控制性能。控制算法的評估指標可以是控制精度J_c，懸停精度J_end，控制舒適度J_a。以下分別定義J_c、J_end和J_a：

J_end＝s_n-s_r(end)，

其中，t表示仿真轎廂運行過程的時間變量，1，2…n表示運行全過程所用時間，v_t和s_t表示運行速度和運行位移，v_r和s_r表示目標運行速度和目標運行位移，事先可以由運行曲線給出。J_c表示控制精度，包括速度跟蹤精度J_c1和位移跟蹤精度J_c2。s_n表示末端懸停時的位置，s_r(end)表示目標末端懸停位置，J_end表示末端的懸停精度。a_cmft模擬人體舒適加速度，既不能太大也不能過小，太小會使運行時間過長，a_t表示實際控制加速度，J_a反映了仿真電梯的控制舒適度。

圖1中的顯示模塊14用于顯示控制處理模塊13檢測的傳感器信息、控制參數以及算法評估信息，提供示教對象可視化反饋信息。